大家好，今天咱们来聊聊一项4D 活细胞生物打印期间——《Jammed Micro-Flake Hydrogel for 4D Living Cell Bioprinting》发表于《Advanced Materials》。在组织器官再生应用中，构建具有复杂几何样式和功能的载细胞结构至关焦躁。而水凝胶基4D生物墨水的发展是关节。现存材料在细胞相容性和刺激条款等方面存在不及。本文先容了一种新式堵塞微片水凝胶，它算作载细胞生物墨水，在4D生物打印中有出色说明，有望为组织工程开辟新的应用范围。

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一、小序

4D打印是从3D打印发展而来的新兴范围，其打印结构在特定刺激下会发生样式、属性或功能的调遣。4D生物打印旨在构建具有复杂几何样式和功能的载细胞结构，用于组织/器官再生，但当今用于4D生物打印的生物墨水仍有待开辟。

水凝胶算作生物墨水具有多种上风，但在挤出式打印中存在一些问题，如打印分辨率、样式保真度和喷嘴堵塞等。微凝胶算作水凝胶构建的基础，具有非球形、非均匀形态的堵塞微凝胶可能提供更好的生物打印构建样式踏实性，但微凝胶用于4D生物打印尚未被商讨。

二、实验履行

（一）材料制备

OMA的合成与交联：合成表面氧化和甲基丙烯酰化分歧为1%和30%的OMA，与钙离子（Ca²⁺）饱胀交联酿成离子交联水凝胶。

MFH的制备：通过简便搀和制备MFH前体，储存在70%酒精中，重构后调遣为具有片状形态的堵塞情状。

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（二）性能测试

流变性能测试：

实验进程：使用Kinexus ultra +流变仪对MFHs进活动态流变学检讨，包括飘摇频率扫描（0.1-100 Hz，1%应变）和飘摇应变扫描（0.01-100% 应变，1 Hz），以及进行轮回变形测试（100%应变与1%应变轮换，各1分钟，1 Hz）。

实验效果：MFHs在低剪切应变下说明出固体状步履，在增多剪切速度或剪切应变> 10% 时骄贵出典型的剪切稀化和剪切屈服步履，且具有快速自愈合才调。MFHs大要通过针头均匀挤出，酿成均匀细丝并打印成踏实的3D结构。

4D生物打印：

实验进程：使用改装的3D打印机打印无细胞和载细胞的生物墨水，打印后的构建物立即在紫外线下光固化，然后调遣到6孔组织培养板中进行进一步培养以纪录样式变化。

实验效果：MFHs不错胜利打印成踏实的3D生物构建物，且可进一步交联酿成交联梯度。

（三）样式变形步履商讨

以水凝胶条为原型的商讨：

实验进程：打印具有梯度交联密度的水凝胶条，商讨其在不同介质（去离子水、PBS和细胞助长培养基）中的样式变形步履，手机app软件开发多少钱历练结构尺寸、打印参数、UV交联时候等对攻击角度的影响。

实验效果：水凝胶条在不同介质中的攻击角度不同，去离子水中最快且角度最大，PBS 次之，细胞助长培养基中最小。填充密度越高，攻击角度越大；UV照耀时候越长，攻击角度越小；水凝胶条长度增多，攻击角度增大，而宽度变化对攻击角度影响较小。

外部刺激对样式的抑制：

实验进程：将梯度水凝胶条先在PBS（pH 7.4）中孵育酿成弧线，然后调遣到不同pH 的PBS溶液中纪录样式变化。

实验效果：水凝胶条在低pH（2.0）下连忙拉伸并攻击，然后从头拉伸并削弱，最终达到均衡情状；在pH还原到7.4时，水凝胶条慢慢还原到出手情状。该水凝胶在低pH刺激下可完毕屡次样式调遣，且在多个轮回中莫得骄贵出倦怠迹象。

细胞相容性实验：

实验进程：将三种类型的细胞（NIH3T3、HeLa和hMSCs）与含有PI和UV招揽剂的 MFHs 搀和并打印成水凝胶条，培养后不雅察样式变化和细胞存活情况。

实验效果：打印的载细胞水凝胶条与无细胞对应物具有绝顶的攻击才调，封装的细胞在培养24小时后仍具有很高的存活率。

复杂几何样式生物构建物的制造：

实验进程：通过齐集基于掩模的光刻期间或复杂的生物打印几何贪图，制造具有更复杂几何样式的生物构建物，如“生物螺旋”、“生物S”结构、“伪四瓣”和“伪六瓣”花朵、雷同于东谈主类肋骨笼的攻击笼和“网管”等。

实验效果：这些4D工程生物构建物相称坚固，即使在热烈搅动下也能保握其几何样式。

3D 到 3D 样式变形的演示：

实验进程：打印具有复杂3D结构的“支握夹具”和“鲨鱼鳍片”等，并通过抑制光照耀所在和露出于光的区域在构建物中创建多个位置特定的交联梯度。

实验效果：完毕了复杂的3D到3D样式变形，展示了该系统在开辟更多可变形3D结构方面的可行性和可靠性。

在组织工程中的应用：

实验进程：培养4D生物打印的包含hMSCs的MFHs以引导软骨样组织的酿成，监测软骨酿成进程中载细胞水凝胶条的样式变化和细胞情况，并分析DNA和糖胺聚糖（GAG）的水平。

实验效果：4D生物构建物具有邃密的踏实性，GAG产生量与阳性对照组一样但权贵高于阴性对照组，意味着样式变形与组织熟练互相寂寥。

三、论断

本商讨开辟了一种新式单组分堵塞微片水凝胶（MFH）系统算作4D活细胞生物打印的载细胞生物墨水，该生物墨水具有理思的剪切稀化、剪切屈服和快速自愈合特点，可在生理条款下完毕4D样式变化并保握高细胞活力。通过单一的非生物相容性刺激（低pH）可激励屡次样式调遣，期骗该生物墨水制造了具有明确构型的样式变形载细胞生物构建物，并在攻击的水凝胶条和折叠的四瓣和六瓣花中证明了4D软骨样组织酿成。该4D生物打印系统在组织和器官工程中具有应用远景。

参考文件：

Ding A手机app开发要多少钱, et al. Jammed Micro-Flake Hydrogel for Four-Dimensional Living Cell Bioprinting. Adv Mater. 2022 Apr;34(15):e2109394.